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美国威斯康星医学院放疗中心研修报告——电子科技大学医学院附属肿瘤医院 / 四川省肿瘤医院出国研修学习交流简报(45)
时间:2019/3/15 8:14:18
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来源:放射治疗中心 陈亚正

       2018年3月初,在医院支持下,我参加了威斯康星医学院(Medical College of Wisconsin, MCW)放疗中心为期一年的医学物理师教育培训项目,全面学习了核磁共振图像引导放疗技术 (MRI-guided radiation therapy) 的原理以及操作使用,流程,质量控制与保证,现将学习情况汇报如下。


一、 活动名称  

       威斯康星医院访学


二、活动地点

       威斯康辛州(State of Wisconsin )是美国中北部紧邻五大湖区的一个州,该州最大的城市就是密尔沃基(Milwaukee)。著名的Medical College of Wisconsin位于美丽的密尔沃基,是集科研,教学,医疗于一体的私立医学院,而医疗部分由附近的附属医院承担。Froedtert hospital是其中一个附属医院(妇女儿童医院,眼科医院等均在旁边),我的学习内容就是在隶属于该医院的放疗中心完成的。


三、活动时间

       2018年3月-2019年3月


四、主要内容

     (一)了解MCW放疗中心

       威斯康星医学院肿瘤放疗科是美国国内以及国际上被公认为癌症治疗的重要中心之一. 该部门以最新的肿瘤学和放射治疗原则和实践的专业知识和经验为基础,以个性化的关怀方式,高效的沟通以及最先进的放射治疗技术,为患者提供卓越的服务和治疗。使用图像引导和自适应放射治疗的最新技术进步,包括; MR模拟,MR Linac,MR引导近距离放射治疗,西门子加速器的CT-on-rail,螺旋断层放疗Radixact™Tomotherapy™和Gamma Knife ICON™,医科达高剂量率加速器VeraHD等先进的设备使他们能够为患者提供精确和个性化的治疗,最大限度减少治疗副作用并提高治疗质量和生活品质。

       教育方面:放射肿瘤科为未来的放射肿瘤学人员提供了具有专业资质的培训课程。住院物理师以及住院医师项目和博士后项目包含了放射治疗和医学物理原理及临床实践的教育课程。以物理师为例,完成培训后,就能获得相应的证书,这个证书是获得正式物理师资格必备的。博士后的课程包括了放射物理,放射生物学,解剖学等基本课程,住院物理师偏重于放疗流程的QA(patient QA,machine QA,计划系统的 QA, TLD临床使用与管理等)。具体如下:治疗机器的日检,月检,年检,加速器校准,病人以及模体的剂量测量,IMRT QA, 三维适形以及调强计划的学习;图像获取,融合配准技术,剂量计算,多叶准直器技术,补偿膜技术,后装技术,IGRT, SBRT, SRS, 全身电子线治疗技术TBI等。博士后经过两年的学习与科研后,就有资格在美国所有放疗单位申请住院物理师,一般住院物理师经过2-3年的时间与考核后成为正式的物理师。最近几年,博士后申请到住院物理师的几率并不高,只占很小的比重,如果没有申请成功,只能在其他地方申请继续做博士后。医学院学生也有机会来这个部门实习,他们可以接触到广泛的临床实践,涉及恶性肿瘤治疗的各个环节,包括使用最先进的放射疗法。该部门通过与威斯康星大学拉克罗斯分校的放射治疗项目合作,为放射治疗师和剂量师提供了全面的培训课程。

科研方面:包括基础实验,临床转化,医学物理,放射生物。图像引导放疗,在线自适应放疗以及放射组学是该部门的重要研究方向。其他方向包括使用放射基因组学和δ-放射免疫学分别开发预测性正常组织反应生物标志物和成像肿瘤以及正常组织反应的生物标志物。

       对外宣传:将多学科疾病网站癌症护理模式扩展到社区网站,这种计划延伸旨在提高医疗标准并用于临床研究。该放疗中心在现有的五个地点为社区提供了全面的临床服务:Froedtert医院,Milwaukee的Clement J. Zablocki VA医疗中心,Menomonee的社区纪念医院,West Bend的St. Joseph医院和Drexel Town Square Health Center。来自威斯康星州儿童医院的儿科患者也在Froedtert医院和威斯康星医学院接受放射治疗。除了当地社区参与,他们还通过对专业协会的重大贡献来扩大在全美和全球范围内的影响,包括:美国医学物理学会,美国放射学委员会,美国癌症协会,美国镭协会,美国社会临床肿瘤学,美国放射肿瘤学会,北美放射学会,放射研究学会以及直接参与国际癌症专家组。

       机器配置:与卫星医院加在一起,MCW放疗中心拥有1台Elekta VersaHD,3台Elekta Infinity Linacs, 1台核磁共振图像引导加速器MR-linac,3台西门子加速器Artise Linac,1台NOCOR linac, 1台Accuray Radixact(Tomotherapy),1台Elekta Gamma Knife Icon,1台Sensus superficial x-ray unit, 1台后装机Elekta microSelection HDR brachytherapy system. 模拟机有3台西门子CT模拟机(4DCT),1台GE模拟机(4DCT),1台磁共振模拟机(3T, Verio),1台GE公司的PET/CT. 计划系统包括20台Monaco调强计划系统(IMRT,VMAT),9台Xio计划系统,2台TOMO计划系统。另外,在每位员工的电脑上均配备了工作站MIM和信息系统MOSAIQ以提高工作效率。

       人员配置:肿瘤医师19人;物理师16人;医学物理博士后(导师:Allen.Li & Huangliang Zhong)9人;住院物理师2人;剂量师7人。


     (二)了解美国物理师的职责

     (1)许多医学物理学家采取与医生同事协作的形式积极参与针对特定患者的诊断和治疗。在放射肿瘤科,一个重要的治疗方式是使用外部辐射束或内部放射源来对癌症患者进行放射治疗,精确测量加速器出束剂量是必不可少的工作内容。在核医学领域,物理技术人员与医生合作,利用放射性特点描绘内脏器官并确定重要的生理变量,如代谢率和血流量。通过对医疗设备性能和成像系统中的质量监测,辐射装置的研发及其辐射危害的控制来提供对患者的检查服务。医学物理师对临床治疗方案提供建议以及技术支持,同时要解决医疗领域不断出现的各种问题,为放射治疗提供了安全保障。

     (2)研究与开发。MCW的物理师除了负责日常加速器的日检,月检,计划验证等QA工作,研发也是工作内容之一,通常是以在临床治疗过程中发现问题进而解决问题为思路。例如大多数放疗计划没有考虑到胃肠内空气对剂量的影响,胃肠内空气量的容量实际上会影响到放疗计划系统中器官CT密度值的精确度,针对这个问题,该部门物理师配合医师将有空气的肠道单独勾画出来命名并赋予准确的CT密度值,然后制定新的放疗计划,与常规放疗计划剂量相比较以评估肠道空气对剂量计算准确度的影响。如果影响较大,为了计算患者所受真实剂量,有必要将空气肠道部分单独勾画出来。常规的放疗计划以CT图像为主体并用于勾画靶区和剂量优化计算,随着计划系统的升级,核磁共振图像也可以直接用于计划计算,这个选择的优点是减少患者不必要的射线辐射,需要谨慎处理的有两个方面,一个是防止MRI的形变,另一个是在计划系统中赋予各个器官准确的电子密度值。为了评估使用MRI-only和CT-only这两者的计划剂量的具体差别,物理师使用pseudo-CT技术赋予2-3个器官单独的电子密度值,以衡量使用核磁共振图像制定放疗计划的可行性。同时这也为核磁共振图像引导的放疗(MRI-guided radiotherapy)奠定了基础。

     (3)教学。MCW的物理师也负责该学院的任教工作,帮助培训未来的医学物理师、住院医师、医学生和操作各种诊断和治疗设备的技术人员。他们还为各种研究生和本科生开设医学物理、生物物理学和放射生物学方面的课程。 由美国放射学院(ACR),美国医学物理学家协会(AAPM)和美国医学物理学院(ACMP)共同赞助的医学物理教育计划认证委员会(CAMPEP)来确保该领域的教育标准。


参加博士后的教学课程


     (三)全面学习核磁共振图像引导放疗技术(MRI guided radiation therapy)

Elekta Unity MR-linac是一种高磁场(1.5特斯拉)MR引导的直线加速器,是世界上第一种将MRI扫描仪与直线加速器结合在一起的最新放射治疗技术。 在过去,人们认为将MRI和线性加速器装置结合起来几乎是不可能的,因为强大的MRI磁铁会干扰辐射束。 而Unity MR-linac由Elekta及其MRI技术合作伙伴Philips开发使用滑环技术突破了这一技术难关。Unity MR-linac可以帮助医生更清楚地识别肿瘤组织 , 在患者接受治疗的过程中调整照射剂量。因为它可以安全地向肿瘤输出更高的剂量,所以预期治疗比以前更精确和更有效。 除此之外,它还可以减少治疗次数,优化了放疗人员的工作量,也为患者提供了更多便利。Froedtert医院和MCW的研究人员以及Unity全球联合小组的其他成员正在收集和分析临床数据,以进一步确定Unity MR-linac的实际应用,期待改善全球癌症患者放疗的预后。

       MRI具有精细的细节成像能力,能清晰地显示肿瘤组织与正常组织的区别,具有清晰的软组织对比度,非常适合用于放射治疗计划和治疗过程的中的人体成像,与CBCT相比,既能清晰看到肿瘤及其危及器官,又减少了不必要的射线辐射;其实时成像能力允许加速器在出束照射患者的同时能快速建立MRI来监测照射肿瘤的情况。MR-linac提供了过去无法获得的肿瘤位置、器官功能和治疗靶向的实时信息,能够使医生可以在患者接受治疗时监测和评估肿瘤的位置。


总结MR-linac的优势:

     (1)清楚地辨别软组织,区分肿瘤与正常组织,血管和骨结构。

     (2)在每个治疗期间精确定位肿瘤。

     (3)每天根据肿瘤的位置,形状,生物学及其与敏感器官的关系(如胃、肾、心脏、脊髓、膀胱、肠或大脑)优化出束剂量,实施在线修改计划,即自适应放疗。

     (4)准确地为肿瘤提供更高、更有效的辐射剂量。

     (5)提供更少疗程的治疗。由于每日辐射剂量可能更高,减少患者治疗次数。

     (6)更加准确的避免辐射剂量影响到正常组织、血管和器官。

     (7)改善患者预后的潜力。


左图:与MCW物理师做MR-linac的剂量学质控;

右图:MCW在MR-linac上治疗完第一例病人后合影庆祝

 

       另外,Unity MR-Linac对于持续运动的肿瘤患者特别有效。包括肺部肿瘤随着每次呼吸而移动,或者胰腺、肝脏和其他上腹部肿瘤也会随着患者的呼吸而移动等通过MR-Linac的实时监测照射来实现精确治疗。


     (四)参加学术会议

       2018年10月12日参加了AAPM协会在Oconomowoc, Wisconsin秋季会议。这个会议由AAPM举办的地区性小规模学术会议,参加人员是举办地点周边两三个州的医学物理师,有的来自大学,有的来自医院放疗中心。会议包含三个部分,第一个部分是几个知名人士的专题报告,每人一小时。开场白:

       1. Surface image guided radiotherapy: clinical application and motion management  表观图像引导放疗:临床应用以及运动控制

       2.The application of data science to surface imaging for quality improvement insights 数据科学应用于表面成像以提高质量

       3.Transitioning from pencil beam to Monte Carlo for electron dose calculations 从笔形光束过渡到蒙特卡罗进行电子剂量计算。

       第二部分是青年学者如post doc的学术报告,每人10分钟。会议举办方将对这几位青年学者的学术报告进行打分,从报告内容、幻灯片质量等各方面进行评估,评选者前三名给予奖励。报告题目有:

       1.Small field measurement of a conformal biological irradiator 适形生物辐照器的小野测量

       2.An efficient and objective method for nuclear medicine QC核医学质量控制的有效客观方法

       3.Denoising framework using the block matcing and 3D collaborative filter for dose or acquisition time reduction in molecular breast imaging使用块匹配和3D协同过滤器对分子乳房成像中的剂量或采集时间减少进行去噪框架

       4.Tracking intrafractional organ motion from longitudinal MRI for radiation therapy跟踪纵向MRI的分次器官运动以进行放射治疗

       5.An automated plan-quality evaluation based on 3D dose features for online adaptive replanning基于3D剂量特征的自动化计划质量评估,用于在线自适应重新计划

       6.An investigation of TLD response in a strong magnetic field对强磁场中TLD响应的调查

       7.Automatic contour correction and validation based on image texture for MRI-guided online adaptive replanning. 基于图像纹理的自动轮廓校正和验证,用于MRI引导的在线自适应重新计划。

       第三部分是协会成员发展方面的讨论,以及医学物理学科发展和如何宣传的讨论,大家可以各抒己见,发表自己的看法。AAPM希望有更多青年从事医学物理师行业。其中一位专家展示的PPT上显示,他们定期组织中学生来医院参观医用加速器,给他们讲解加速器原理以及放射治疗过程,学生们听得非常着迷,很感兴趣,甚至可以动手亲自操作,或者搞一些小创新,这比在课堂上听课有趣多了。他们也会去大学进行科普层次的宣传,让中学生、本科生很早就了解到放射治疗这门交叉学科。但是有一点没有提到:就业问题,很多医学物理专业的博士后出站时,找不到物理师的就业岗位。


参加AAPM的子分会


     (五)参加物理师资格课程培训

        医学物理博士后项目始于2004年,是由X. Allen Li到放疗科后发起和创建的。Dr. Li认为需要在医学物理领域培养博士后并招募了第一个物理博士后。Dr. Li的博士后主要工作是从事科研以及物理师资格课程的修学,半年后开始接受全面的临床培训,包括IMRT QA和机器QA。当前未毕业的博士后有九名,下半年可能陆续招募4名新博士后。当前的九名博士后研究方向分为两方面:自适应放疗组和放射影像学组。每周二下午是放疗物理组的周会,分为两部分:2点到3点是博士后们汇报研究进展,每个人花几分钟时间说一下自己的研究情况,有问题可以提出来大家共同讨论,也可以写几张PPT汇报,或者口述,但时间不必太长,几分钟或者十分钟就够了。3点至4点是物理师及其他员工讨论临床问题的部分,网络IT人员以及加速器维修工程师有问题的话也可以随时来这个会议参与讨论。

       为期两年博士后结束后就可以申请住院物理师了。住院物理师是一个为期三年的计划,重点是临床培训和理论培训,物理博士后可以作为住院物理师的候选人申请该部门的位置。由于认识到需要正式的证书培训项目,该放疗科申请了CAMPEP认证,为博士后研究人员提供课程。物理证书授课资格于2013年获得CAMPEP认证。此时,医学物理证书课程是一项内部课程,仅向当前放射肿瘤学博士后研究员提供。博士后的职位因可用研究经费而异。完成物理证书课程的博士后可以申请任何CAMPEP认可的任何一个医院住院物理师职位。


左图:每周二科室会议讨论  右图:物理师资格培训课程

 

     (六)学习并参与常规放疗加速器质量监测与控制(QA)

       这边的QA包括加速器Monthly QA, 病人治疗计划IMRT  QA, 计划系统的QA。Monthly QA包括Mechanic , dosimetry, Image 三部分,每个部分的每一步骤都要做。有的部分比较简单,比如Mechanic部分,床板移动距离的测量等中心点测量,开野大小的精确性,加速器机头转动角度的精确性等。而dosimetry部分最消耗时间,不同能量的输出因子、光子和电子线都要测量,不同射野大小、有无楔形板情况的输出因子也要测量。Image部分比较麻烦,需要耐心细心。这边每个病人每次治疗都要做图像引导,因此对图像探测器的质量要求很高,必须保证探测器性能的正常。除此之外,日检也是必须做,由治疗师完成。不同型号、不同厂家加速器操作流程不同,因此QA也有些差别。而Patient QA 相对容易,他们主要用一种仪器做Patient QA: Arc-check。当医师和物理师检查批准了该IMRT plan后通知负责当天QA的物理师做验证计划。每天负责IMRT QA的物理师不同,每人每周只负责一天。做机器QA的是另一组物理师,机器QA组物理师和IMRT QA组的物理师每半年轮换一次。做完IMRT QA需要在MOSAIQ记录, 做完Machine QA的数据也要填在相应表格里,由另外一个物理师审查,如果不小心弄坏了零部件,要及时上报,但不会因为此事而得到任何惩罚,只需要大家了解情况并谨慎操作。


参加医用加速器常规质控


五、心得体会

       养成记录习惯:在我跟随其中一位物理师做加速器质控的过程中,我发现这位老师及时记录容易出问题的每一个细节和问题,并且定期做成幻灯片在科室会议上分享汇报,其他老师也是类似的习惯。这样大家可以避免发生类似的安全隐患。另外在临床实践中会经常迸发出好的想法,这些想法也源于潜在的问题或者没有解决的问题,或者是有很大的空间去改善和提升,记录这些想法是科研思路的窗口。我注意到这位老师的工作记录已经有很多本了。

       加强交流讨论:不管是科研上还是临床上,经常与同事讨论会不断加深自己对问题的理解,开拓新的思路。要打开格局,不仅与同行交流,也要与其他领域的专家请教交流,放疗本身就是交叉学科,要有终身学习的心态,对各个领域和专业都要适当了解。当然一个人的精力有限,在了解专业发展前沿的视野上,对于具体技术细节可以不去管它,抓住主要的发展导向,再与具备相关技术背景的专业人士进行合作一起去做,要有协同合作的格局。